基于热敏纳米凝胶的奥沙利铂递送系统，用于协同实施肿瘤内射频化疗

《Biomaterials Advances》：Thermosensitive nanogel-based oxaliplatin delivery system for synergistic intratumoral radiofrequency chemotherapy

通过温敏性纳米凝胶实现奥沙利铂长效肿瘤靶向递送，结合射频场增强肿瘤局部药物释放，显著提高抗癌疗效并降低系统毒性。

　　

李玲|刘安娜|王财|张玲|余后强|李涵|周洪福

湖北科技大学咸宁医学院生物医学工程与成像学院，中国湖北省咸宁市437100

摘要

为了实现奥沙利铂（OXA）的持续释放和延长肿瘤滞留时间，通过协同混合搅拌法制备了一种热敏型OXA负载的聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)纳米凝胶（PAAs）。该制剂由0.8 mg/mL的OXA均匀分散在8%的聚(N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸)纳米凝胶（PNAs）中，表现出良好的射频响应性、热敏性和可控释放特性，能够实现长达五天的连续OXA释放。利用小瓶倒置法和流变分析对热敏型PAAs纳米凝胶的溶胶-凝胶相变行为进行了表征。铂含量分析显示，与游离OXA相比，PAAs纳米凝胶在肿瘤中的滞留效果更好，表现为使用该纳米凝胶制剂处理的肿瘤中铂含量显著升高。体内抗肿瘤疗效评估表明，单次给药PAAs纳米凝胶可导致肿瘤持续消退，14天内肿瘤体积降至初始体积的0.81±0.06倍。相比之下，同等剂量的游离OXA、单独的PNAs或生理盐水处理则导致肿瘤迅速进展，肿瘤体积分别增至初始体积的3.22±0.65倍、7.01±0.47倍和10.07±1.57倍。初步的生物相容性评估表明，将OXA掺入纳米凝胶中显著减轻了游离OXA的毒性副作用。这些发现凸显了PAAs纳米凝胶作为增强铂基药物抗肿瘤疗效的多功能策略的巨大潜力，同时减轻了其系统毒性和尺寸相关限制。因此，该系统作为新型局部化疗纳米药物的进一步开发具有很大的前景。

引言

癌症仍然是全球最普遍且威胁生命的疾病之一[1]、[2]。临床上，主要的治疗策略包括手术切除、化疗和放疗。由于肿瘤微环境的复杂性，即使对于早期肿瘤，单独手术往往也不够，通常需要结合辅助放疗和化疗来达到最佳治疗效果[3]、[4]、[5]。化疗作为一种全身性治疗，会对快速分裂的肿瘤细胞产生细胞毒性作用，但也会损害健康组织，导致显著的系统毒性和不良反应。此外，当全身给药时，化疗药物往往无法在肿瘤内达到足够的浓度，从而限制了其疗效。放疗能够相对精确地控制局部肿瘤；然而，它不可避免地会影响邻近的正常组织，造成附带损害和相关副作用。肿瘤内注射作为一种非血管药物输送策略，通过直接将抗肿瘤药物输送到肿瘤部位来绕过系统循环[6]、[7]。这种方法显著提高了局部药物浓度，同时最小化了健康器官和组织的暴露[8]。由于其优势——包括提高治疗效果、降低系统毒性和最小化侵入性——肿瘤内药物输送近年来受到了广泛关注。尽管如此，尽管可以在靶点部位达到较高的初始药物浓度，但大多数传统化疗药物缺乏在肿瘤内的持续滞留。由于间质液流动和血管引流，药物会迅速扩散到系统循环中，从而削弱了肿瘤内给药的关键优势，即高局部浓度和低系统分布，未能充分发挥局部化疗的潜力。因此，迫切需要先进的药物输送系统，以延长肿瘤内药物滞留时间并提高治疗效果，同时减少脱靶效应。近年来，基于聚合物的材料在制药和生物医学应用方面的进展激发了对可控释放药物输送系统的兴趣[9]、[10]。这些系统能够调节药物释放动力学，在较长时间内维持治疗药物浓度，并延长药理活性，从而提高抗肿瘤疗效。

在这些系统中，纳米凝胶作为一种有前景的聚合物载体脱颖而出。这些三维交联聚合物网络在水介质中表现出优异的膨胀能力，同时保持结构完整性而不溶解。它们的关键特性包括对环境响应性、良好的生物相容性和生物降解性，以及对温度、pH值和外部场等多种刺激的敏感性。重要的是，纳米凝胶表现出最小的非特异性蛋白质吸附和低细胞粘附性，其高水分含量与天然水合组织的特性非常相似[11]。纳米凝胶柔软的亲水表面赋予了其与组织的强亲和力，并显著减少了免疫识别和局部刺激，使其非常适合用于可控药物输送。通过将治疗药物封装在纳米凝胶中并通过肿瘤内注射给药，可以在体内形成模拟组织的药物储存库。这种方法实现了持续的药物释放，延长了药理活性，提高了治疗效果，并减少了系统不良反应。此外，纳米凝胶在放疗过程中还可以作为放射增敏剂或放射保护剂，提高辐射输送的精确性，同时减轻对周围健康组织的损伤[12]、[13]。

在这项研究中，开发了一种具有射频响应性和可调热敏性的新型肿瘤内药物输送系统[14]。该系统设计用于共同输送奥沙利铂（OXA），实现了持续的肿瘤内释放，并显示出对皮下肿瘤的强大治疗效果。OXA通过形成铂-DNA加合物发挥其细胞毒性作用，这些加合物会诱导DNA链内和链间的交联，从而破坏DNA复制和转录，最终引发肿瘤细胞凋亡。与其他铂基药物（如顺铂和卡铂）相比，OXA含有1,2-二氨基环己烷（DACH）配体，赋予了其独特的抗肿瘤活性和更优的抗性特征，从而扩大了其在癌症治疗中的应用范围[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。值得注意的是，OXA本身具有内在的射频响应性热特性，在外部刺激下可在肿瘤微环境中产生局部高温[21]。所开发的输送系统确保了肿瘤部位的长期滞留，促进了OXA的受控释放，并有效响应射频暴露，从而实现了协同、长期和持续的肿瘤抑制（图1）。

材料

N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸购自东京化学工业株式会社（日本）。N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、十八烷基三甲基铵氯化物和2,2'-偶氮双(2-甲基丙酰胺)二盐酸盐购自上海阿拉丁公司（中国）。奥沙利铂购自MedChemExpress（美国新泽西州蒙茅斯琼斯）。使用的仪器包括：磁力搅拌器（DF-101S，郑州生化仪器有限公司，中国）；动态光散射粒子

PNAs的结构特性

透射电子显微镜（TEM）成像显示，PNAs纳米凝胶具有明确的核壳球形结构。由于外层丙烯酸（AA）组分的亲水性，壳层被磷钨酸强烈染色，在TEM图像中呈现深色，而疏水的N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）核心未染色（图1A）。PNAs纳米凝胶在25°C时表现出自由流动的液态行为，在37°C时发生可逆的凝胶化转变（图1B）。

讨论

本研究通过开发一种结合热敏性和持续药物释放的PAAs，解决了传统肿瘤内OXA输送的局限性。所得水凝胶表现出显著的热响应性，可以通过射频治疗（RFA）进一步增强，实现强大的肿瘤抑制效果。值得注意的是，PAAs + RFA联合治疗在一部分小鼠中导致肿瘤完全消退，体现了其强大的抗肿瘤疗效。PAAs纳米凝胶还表现出良好的

CRediT作者贡献声明

李玲：数据整理、概念化。刘安娜：撰写——初稿。王财：撰写——审阅与编辑、资源准备。张玲：可视化、软件处理。余后强：撰写——初稿、实验研究。李涵：资源准备、项目管理。周洪福：撰写——审阅与编辑、实验研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了湖北省自然科学基金（2025AFB917）、湖北科技大学创新团队和医学研究计划（2023T10、2022YKY05）、湖北催化材料加工与应用重点实验室、黄冈师范学院（2023SFYF068）、湖北催化材料制备与应用重点实验室开放基金项目（202442004）、湖北科技大学横向项目的支持